对数据网发展趋势的思考

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

今天，数据业务已经成为各运营商的重要收入来源之一，且其增长速率远远超过了传统的话音业务。目前，数据网的技术已经相对成熟，在宽带网络中得到了一定的部署，可以支持比传统的数据业务更广的应用范围。但是，由于用户需求的不确定性、市场的多变性以及技术革新的快速性，原有数据网架构和技术并不能完全符合未来多业务融合的趋势。

另外，在过去的几年中，电信市场并不十分景气，许多电信运营商出现了违规操作、投资失败和过度建设等问题。虽然电信服务的需求在不断增长，但业务收入却没有达到预期目标。这使得运营商对网络的投资产生了很大的顾虑，也束缚了网络技术和应用的发展。本文根据这一现状，着眼于今后几年中数据网的发展，对相关的网络技术加以分析，对不同需求的技术选择加以对比，以思考数据网未来的一般趋势。

2.数据网发展的总体趋势

由于运营商大都严格限制了资本支出，集中对短期收益项目进行投资，因此我们对今后的数据网的总体看法是保持“谨慎的乐观”。最明显的规避风险的方法是增加现有业务的用户基数，维持并扩展经实际验证的可靠技术。数据网会市场必然会有新技术的出现，但是必须权衡新技术带来的好处和部署该技术所需的投资间的关系。不管是采用保守的技术还是新兴的技术，数据网发展的关键点在于要能保持并扩大用户群。所以在发展现有业务和引入新业务的时候，运营商要考虑用户的需求。

现有的数据网有许多地方需要进行改进。为了能提供全面的业务支持和快速的数据交换能力，需要去除接入的瓶颈以给用户提供所需的带宽，这可以通过最大化现有铜线平台的能力，如采取ADSL技术或增加对PON的部署来实现。也可以将终端用户的多业务综合接入服务边缘向接入/传输领域迁移，以优化数据传输的效率。在网络核心处也将会发生一定程度的融合，引入先进的流量管理以及可靠性和可扩展性的概念。同时，引入端到端的网络和业务管理，以提供对数据流量的有效控制。

3.数据网的架构

接入

接入部分是指终端用户与数据网间的链接层面。其物理媒质包括铜双绞线、同轴电缆、光纤以及无线。由于现有网络中，从用户侧到本地交换局间建有大量的铜双绞线，促使了对能增强铜线上数据传输效率的技术的研究，从而产生了ADSL、ADSL＋、VDSL等技术。同轴电缆是一种高带宽的媒质，但通常它只与有线电视和需要高速率的数字商务接入相关联。光纤能提供很高的带宽，是宽带接入的理想媒质之一。宽带无线接入能节省铺设电缆的高成本。而UMTS则将宽带接入能力和移动性结合起来,可能会在今后几年中得到部署。

汇聚

汇聚部分负责在用户侧和运营商的业务交付点间传输数据。在该汇聚域中，流量从数量众多的小容量端口汇聚到数目有限的高容量端口上。这一部分目前主要由SONET/SDHT设备乃至WDM设备为基础构成。

业务边界

运营商是通过位于用户侧或网络边界处的业务交付平台来提供服务的。后一种情况就叫做网络服务边界。考虑到数据网所要提供业务的多样性和今后持续演进的要求，设备也会存在多样性。目前，在多数情况下各边界设备是专为特定类型的业务服务的。

核心

网络核心的主要功能是在业务交付点间进行长途的数据交换或路由。为满足不断增长的网络带宽的需求，可引入DWDM技术来扩展光纤的容量，并降低长途传输的成本。目前存在着三个截然不同的核心网：由语音交换机构成的话音业务核心专网；承载大量商用数据业务的ATM网络；以及处理Internet流量的IP核心网。

管理

网络管理用于在承载各种流量以及发生故障的情况下，确保网络的优化运作。比如，在某一路径过载或故障的情况下，对流量进行自动重路由。网管中心应能提供图形化的用户接口，以便运营商对网络状况有一个总体的把握，并且在收到告警信息时易于对网络进行调整和重新部署。高效的网管机制是减少Opex的一个关键因素。

4.数据网发展的重点

4.1消除接入的瓶颈

接入是连接用户的“最后一公里”，提供了对所承载业务的连接性保障。接入方面的挑战在于：要在优化带宽和可达性的情况下实现普遍的接入，同时要避免对物理设备的大量升级。考虑到接入方式的现状和发展情况，可以认为驻地网用户和商业用户的接入是有明显差异的。

驻地网的接入

有调查显示，通过modem拨号、DSL甚至同轴电缆方式接入Internet的用户数一直会有大幅度的增长。他们的需求主要集中在网络冲浪、电子邮件和网络聊天等方面。Internet的高速增长带动了将DSL或cable modem技术作为宽带接入方式的大量需求。考虑到我国运营商的现状，DSL技术应该是重点的选择。

通过DSL进行宽带接入，在现有的铜线资源上最大化了带宽，可以扩大运营商的业务收入。运营商未来会有两种方式来增加这方面的收入：增加现有业务的用户数以及通过开展新业务增加ARPU值。

单纯增加用户数要求DSL能以一定的带宽步入更多的家庭，运营商需要根据远端站点的需求而部署更多的DSLAM端局。现在ADSL在5公里的范围以内，能提供的速率在0.5Mbit/s和1.5Mbit/s之间，而许多新业务需要更高的带宽。然而，增加所提供的带宽会导致随着环路距离和频率的增加信噪比也增加，从而带来业务覆盖范围的减小。这是每个DSL网络都要面对的带宽与覆盖率的两难矛盾。

由于频谱兼容性的原因（铜线间会存在一定的串扰），部署远距离的站点需要引入新的技术，如ADSL+或VDSL。除了可以进行远距离的部署外，ADSL+和VDSL在短距离上也都提供了比ADSL更高的带宽。伴随着收益机会的增加，远程站点的部署也增加了Opex（开通与维护）和Capex（光纤等设备成本）。由于其可达范围有限，VDSL比ADSL+要求有更深入的光纤部署和更小规模的远程节点。因此，部署VDSL的代价要比部署ADSL+高。由于能够为下一代业务如视频和游戏提供足够的带宽 ，相信在今后几年中ADSL+将成为多数网络远程部署的选择。而对于VDSL，从长期角度也可以视为是比较安全的投资选择。

随着PON技术逐渐普及，它可以成为DSL技术的一个替代。尽管在铜线资源丰富的地区，很难说FTTH是非常有效的，但是在某些场合中还是很有用的：

·用户要替代现有的铜线平台

·用户有意投资光纤网络的建设

在人口密度较大的地区，基于点到点光以太网的FTTB方案将会是一个可行的方案，因为光纤的成本可以被大量的用户所分担。在这些部署中，室内连接可以是基于以太网的，也就是说，EoVDSL。

此外，以太网作为低成本的方案替代ATM用作DSLAM和边界网络间的接口，得到的关注也在不断增长。但是，虽然以太网具有明显的诱人特性（如成本、技术通用性等），暂时还只有ATM才能在DSL接入网络中提供成熟而全面性能以支持超过高速Internet接入和其它更重要的业务。

商业用户的接入

在传统上，运营商给商业客户提供基于FR或TDM的连接服务。但由于其高昂的价格，这些连接服务只能被企业网络或高端用户所采用。在今后几年，中FR和TDM仍将继续占据商业客户市场的主导，但所占的比例会持续下降。

随着时间的推移，以太网将在该领域中开始发挥作用。 在本地网和校园网中，以太网是一种简单而高效的技术，它相比其它技术的扩展性要大得多。然而，当考虑用以太网于，不能忽视下述的几个问题：

·以太网需要用光纤来接入。并非所有的运营商都具备全面的光纤接入资源。

·以太网缺少传统技术所具有的运营和维护的特性（如：SLA、故障定位、诊断工具等）。

·如果市场竞争不是很激烈，现有的技术将会延缓以太网部署的进程。

因此，虽然以太网的确在商业接入领域得到了增长，但并不会出现根本性的改变，要想占据主导地位尚待时日。倒是在城域网汇聚域中，以太网呈现出了很好的应用前景。

对许多中小型的企业和SOHO而言，情况又是不同的。它们中许多并没有专门的数据或Internet 连接，过去常常使用窄带连接来获得数据服务--通过电话拨号或ISDN。在这一领域中，改进数据服务的需求十分明显的，也是运营商有大量收益的市场。传统运营商应基于ADSL服务来满足这部分用户的需要。特别针对商业用户的需求，VDSL能够提供10Mbit/s及以上速率的对称接入，会是针对这部分用户群的一个很好的解决方案。

4.2汇聚网络的融合

可以预见在不久的将来，不同的接入技术，比如TDM、FR、ATM以及以太网，将会共存以提供对传统的和新兴的数据业务的支持。今天，这些协议的融合是通过在不同的平台上为每一种业务进行优化而实现的。从而，我们要处理几个相对彼此分离的汇聚网络(采用TDM、信元或帧复用技术)。由于多数应用将采用端到端的IP协议，非IP的汇聚网络也需要对IP更为友好。当数据只占了所有流量的一小部分的时候这是可以接受的，而当数据和宽带业务流量不断增长时，这样做的效率就比较低。鉴于这一情况，汇聚网络将会以多种方式发生改变：

·2层的复用和交换与1层的SONET/SDH结构进行融合，以优化数据的传输（通常叫做“多业务传输”）。第一步，SDH/SONET设备中加入了信元和分组处理的功能，使得运营商能通过复用来更有效地使用传输带宽，并减少传输网和边界平台间的接口数。第二步，在下一代传输网络中融入更多的数据功能，以有效参与到高级数据的业务提供中，如VPN。相信这应该是多数运营商的首选方案，因为这可以在现有网络基础和运营经验上加以平滑地过渡，从而提高了投资保护的力度。

·类似的情况也会出现在其它设备中：2层复用功能移近到用户侧，以通过统计复用来提高汇聚网络的效率。因此，接入设备（如DSLAM）将更具有针对业务的智能，而边界平台将会支持更高速率的接口。

·多业务汇聚：单个系统中不同的2层复用和交换功能（以太网、FR等）的合并。这些系统将部署在汇聚网络和核心网络的边缘以作为下一代的边界平台。

在单个网络单元上集成不同的2层技术（从接入部分到核心部分），在某些情况下，具有极大的好处。比如，只要一个运维部门就能够管理整个网络，用一个统一的网管系统就可以部署并维护业务。同时只维护一个网络也可以明显地节省成本，包括机房空间和其它的Capex。

多业务传输将日益与以太网复用技术相结合，同时E-MAN为复用和交换以太网流量提供了一个优化的层叠方案。

4.3增强型的多业务边界

业务边界是多数接入设备和骨干网的分界点，在该处终结了所有的用户进程，且用户的业务请求被转发到不同的运营商去。当然，运营商也可以利用该点来提供新的业务和应用。所有这些服务和应用最重要的共同点，在于端到端地使用了IP协议。因此，边界平台必须具备高效的分组处理能力。

在今后几年中,数据增值业务将主要集中在2层和3层的VPN业务，运营商将通过添强QoS保障和安全性来拓展这些业务。对于企业用户，业务边界能产生一系列的外包应用。随着对数据增值业务的期望是不断提高，反映在网络边缘业务智能也会不断增强。目前这是作为运营商POP点的附加功能而实现，将来可能会扩展成为数据中心。

借助3层（IP）路由和分组处理能力，数据网的边界业务交付平台能进行2层汇聚设备的增强，使得其可以提供基于4－7层的应用。如果采用基于多业务交换机的业务边界，能提供专线、FR和ATM业务，从而在一个通用的平台上支持IP的特性。 对建设有ATM交换机的运营商来说，这是一个理想的发展方向。一个典型的应用就是，终端用户或企业用户的接入是帧中继，而所提供的服务为Internet接入或IP PVN。该功能将由多业务交换设备实现的，而不是通过分离的路由器和IP层叠网络。

另一情况，IP边界设备融合了2层和3层的VPN、QoS、流量管理等功能。这些传统的“best effort”的设备也定位于商业服务中， 潜在地将FR/ATM服务转移到统一的IP服务，因此可以视为是“多业务路由器”。不过，它对于传统的承载于FR/ATM上的应用 ，是具有一定的排斥性的。

在成本方面，两种方案（多业务边界和IP边界）基本上是相差无几的。因此，在某种程度上来说在电信市场中，它们会是一种相互竞争的地位。

4.4核心网络优化

核心网络的融合可以降低扩展和维护基于不同技术和设备的网络的成本。最初，ATM是设计用来实现这一目标的。随后，Internet的极大增长使得IP成为更现实的融合型核心网络的选择。今天，MPLS被视为是一个更好的解决方案，因为其结合了ATM和IP优点并且解决了诸如IP流量工程的问题。

目前的实际情况是，多数运营商为特定的业务建设了不同的网络。对大多数运营商来说，全面的融合是一个遥不可及的理想。笔者认为，ATM和IP将会在一定的时间内共存。

考虑到运营商业务模式的调整和改变，需要对以下几个因素加以考虑：

·引入可扩展的平台能降低网络结构的复杂度，使得核心网络能够满足流量需求的线性增长，而不需要对网络有大的中断。

·今天运营商网络中部署的IP设备是为best－effort的IP业务所设计的，它无法有效满足运营商级服务的可靠性要求。

·由于路由协议的最短路径原则，IP核心网络不能得到优化利用。MPLS的引入增加了网络的利用率，提高了服务的水平，最大化了对SLA的支持并提供了与光网络互通的可能——GMPLS。

下面就此分别进行较详细的论述。

可扩展性

即使在目前经济不景气的情况下，Internet流量还在以一个极大的幅度发展 ，有预计认为至少到2006年每年Internet流量都会翻倍。为适应流量的增长，每2、3年路由器就需要进行大规模升级（有的甚至是完全的替换）。

主流路由器只是在单板的端口密度上得到了升级，但在多机并行的情况下是很难进行配置的。虽然升级工作比较难，但这一对单板端口密度的升级使得在流量增长前，可用端口的带宽得到增加。

在端口密度得到改进还不足以解决问题的情况下，就需要引入次优化结构，比如路由器聚类或增加额外的汇聚层。但是，这些结构不但比现有结构成本高，还需要增加到网络的接口。

运营商级网络

“运营商级”这一概念源自话音网，严格要求有“5个9”（99.999%）的可靠性。 对于话音传输而言，99.999%已经成为实际的标准，这意味着网络在一年中最多只能有5分钟的故障时间。

运营商一直希望在数据网中也提供同样的可靠性，但是只有ATM交换机可以达到这一指标。今天的主流路由器是从企业级发展起来的，而不是运营商级。但是，IP路由器不采用“5个9”的标准是不能长久的，运营商网络中的其它设备也需要支持了这一指标。

在进行硬件和软件升级时，插入或移除一块板卡不应该影响路由器的工作。另外，升级软件也可以不必重启路由器 。用户配置错误是操作错误的一个原因。硬件的错误则一定要避免。

在所有的路由器故障中，硬件故障可以通过部署冗余热备份的硬件替换故障硬件而防止。今天，主流路由器的主要不足在于缺乏冗余热备份的路由引擎。运营商能够实现冷备份的冗余路由引擎，但这样的话重新建立路由表需要很长的时间。当路由引擎发生故障时，分组会继续转发（如果转发和路由是分离的话），但是不会检查目的地的可达性。不进行这一检查叫做不间断路由。不间断路由是保证分组能转发到首选的目的地的唯一技术。

自动保护交换是一种自动侦测并通告传输链路故障的机制，它可以防止接口故障，但是成本较高。另一种处理接口故障的方法是由网络管理和重新定向故障端口的流量到别的链路上。在IP环境下，这包含了路由表的重新收敛，可能会需要几分钟的时间。在此期间，流量会继续得到转发，包括到故障端口的流量。MPLS则可以通过备份的LSP或快速重路由机制来提供一个数百微妙的收敛时间。

软件的故障则更具有挑战性。其根本的可靠性来自于软件代码稳定和可靠，以及分开保护的内存空间。然而，目前多数软件代码是集成在单片电路中的，会有许多明显的bug需要不断加以调试和修正，比如路由计算中的bug就可能导致内存溢出或者整个路由表的振荡。这些bug在路由器重启以及重新发布其路由表时会带来严重的延时 。考虑更严重的情况的话，路由器的问题可能会通过网络散布出去，从而大范围地影响到用户数据。

此前，面临这类路由问题的运营商必须采用双路由器的POP点。如果一个路由器失效了，另一个就来转发流量。“不间断路由”满足了商业用户的可靠性和可用性的需求，它可以使用一个路由器来代替双路由器的配置。

单路由器减少了网络核心和边界间50%的接口。由于路由器数量的减少意味着维护问题的减少，也相应减少了Opex（包括机房、能耗等）。

流量管理

在ATM网络中，流量可以通过不同的受控路径直连到目的地。在IP网络中，最短路径作为引导流量的标准，这使得对业务流几乎是没有控制的，导致了可能少量链路出现了拥塞而多数链路几乎却没有得到利用。

流量工程将流量在网络上散布得更均匀，以实现更好的网络利用率。其它唯一的方案是通过增加带宽来升级或扩展拥塞的链路 。然而，当峰值流量达到IP链路的50%之后就需要进行升级，是一个代价很高的方案，相对而言，由于其具有高级的流量管理能力，ATM链路只有在峰值流量达到80%时才需要升级。

MPLS使得运营商可以利用更为先进的路由算法来增提高网络的利用率。通过将流量映射到标签交换路径上，就能够通过由流量工程决定的路由隧道将流量转发到目的地，也就是说能控制IP网络中的业务流。

要使流量工程方案生效，有必要了解网络中每两个节点间究竟需要多少带宽（也就是流量矩阵）。今天，已经有可能对有流量工程能力的网络中所有链路的带宽利用率，进行自动测量。如果特定链路上的流量超过了门限值，就可以在发生拥塞前进行重定向。

多个的标准化组织正将MPLS的控制平面扩展到光的领域。GMPLS使得在光的层面也能够实现数据层面的自动光路请求，这打开了按需带宽业务的大门。交叉的流量工程能力能根据实际的流量分布优化数据和传输层，促进了数据流量的效益。

4.5综合网络管理

网络发展的趋势是伴随核心网络处的收敛而产生多业务的融合，来自2层或3层边界设备的边界网络流量要统一穿越光核心网络。显然，网络中的汇聚点越少，Opex就越小。

由于具有潜在节省成本的优势，运营商要求设备供应商提供更多的2/3层融合的设备。而其所带来的副产品就是对多技术、多业务网络管理系统的强烈需求。当考虑运行任何数据业务时，多业务网络管理的好处是非常明显的。最近有报告说，在开通业务的全部成本中，Opex占了大约42%的比例。

用户购买的是服务。他们并不购买技术。而服务通常会涵盖多种技术。一个良好的多业务网络管理平台可以方便地组合2层和3层网络实体以统一于特定的服务要求。网络管理将涉及该业务的故障都关联起来，而不管使用了什么技术，并通知管理员业务有中断的危险或者已经中断。这不仅节省了时间和金钱，而且能防止破坏SLA的情况发生。

此外要指出，与大多数通常的认识相反，对IP网络上业务的激活并不比2层网络来得困难。IP网络的接口和接口配置与ATM网络是类似的。当建立IP服务时，所有要激活的接口具有相似的配置参数，一个优秀的网络管理员可以生成IP配置模板来避免手工配置的错误。所以，即使是IP网络的部署，和对其它业务网络管理的考虑可以是一致的。

来源：中国电信建设